Несмотря на многочисленные преимущества, стекло имеет одну большую ахиллесову пяту – оно хрупкое. Теперь инженеры разработали LionGlass, новый тип материала, который не только в 10 раз более устойчив к повреждениям, но и требует значительно меньше энергии для производства.

Наиболее часто используемая форма стекла, которую вы найдете во всем, от окон до посуды, технически известна как натриево-кальциево-силикатное стекло. Для производства этого распространенного материала требуются печи, которые нагреваются до 1500 ° C, что, конечно, потребляет много энергии и выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа.

Кроме того, это стекло сделано из кварцевого песка, кальцинированной соды и известняка, последние два из которых выделяют CO2 при плавлении.

Теперь исследователи улучшили рецепт, чтобы сделать стекло более экологически безопасным, но при этом намного более прочным. Семейство новых стеклянных композиций, которые команда называет LionGlass, получает новые свойства, заменяя кальцинированную соду и известняк либо оксидом алюминия, либо соединением железа.

Содержание диоксида кремния может варьироваться от 40% до 90% по весу.

Замена карбонатов не только сокращает их прямые выбросы во время плавки, но и снижает требуемую температуру до 400 ° C. Это, в свою очередь, снижает потребление энергии примерно на 30% и, сокращает вредные выбросы.

Более того, было обнаружено, что некоторые составы LionGlass обладают трещиностойкостью, которая как минимум в 10 раз выше, чем у стандартного известково-натриевого стекла.

Ученые испытали образцы с помощью алмазного индентора Виккерса и обнаружили, что стекло не трескается даже при силовой нагрузке в 1 кг — для сравнения, обычное стекло начинает трескаться при нагрузке всего 0,1 кг.

«Мы продолжали увеличивать вес на LionGlass, пока не достигли максимальной нагрузки, которую позволяет оборудование», — сказал Ник Кларк, исследователь проекта. «Оно просто не трескалось».

Команда говорит, что преимущества LionGlass можно приумножить в реальном мире. Из-за более высокой прочности изделия из этого материала могут быть тоньше и легче.

«Мы должны иметь возможность уменьшить толщину и при этом получить тот же уровень устойчивости к повреждениям», — сказал Джон Мауро, ведущий исследователь проекта.

«Если у нас есть более легкий продукт, это даже лучше для окружающей среды, потому что мы используем меньше сырья и меньше энергии для его производства».

 

ФОТО: Образец стекла LionGlass, нового типа стекла, разработанного исследователями из Университета Пенсильвании, для производства которого требуется значительно меньше энергии и которое гораздо более устойчиво к повреждениям, чем стандартное известково-натриевое силикатное стекло. Предоставлено: Адриенн Берар / Penn State

Источник